长白山北坡落叶松年轮年表及其与气候变化的关系

运用相关函数及单年分析等树木年轮气候学方法,研究了长白山北坡落叶松径向生长与气候变化的关系.结果表明,落叶松的生长对环境变化相当敏感,温度是影响其生长的主要因子.但不同海拔的落叶松对温度的响应明显不同.高海拔分布的落叶松只与当年6月的温度指标显著相关,而低海拔的落叶松与环境的关系相对复杂,除当年的4、5月外,上一年的6、9月温度以及上年9月的湿润指数都显著影响其生长.这说明不同环境梯度上的同一树种对气候变化的响应不尽相同.     

大兴安岭兴安落叶松和樟子松径向生长对气候变化的响应差异

大兴安岭是我国气候变化最为显著的地区之一,兴安落叶松和樟子松是该地区最为重要的树种,研究它们径向生长对气候变化的响应差异,可以为预测气候变化下我国北方森林动态提供科学依据。在大兴安岭地区选择6个样点共采集兴安落叶松树轮和樟子松树轮样芯451个,建立了12个标准年表。比较了1900年以来树木径向生长趋势,利用Pearson相关分析法分析各样点兴安落叶松和樟子松生长对气候因子的响应,运用线性混合模型探讨温度和降水对兴安落叶松和樟子松年径向生长的影响,通过滑动相关对比两个树种生长-气候关系的时间稳定性。结果表明: 兴安落叶松径向生长与3月平均温度呈负相关,与上一年冬季和当年7月降水呈正相关。樟子松径向生长与当年8月温度呈正相关,与当年生长季(5—9月)降水呈正相关。冬季降雪对兴安落叶松径向生长起到重要的促进作用,夏季过多降水对樟子松径向生长起到显著的限制作用。兴安落叶松和樟子松生长对气候变化的响应存在明显差异,因此,气候变化可能会影响北方森林生态系统的树木生长、物种组成以及空间分布等。     

长白山落叶松与鱼鳞云杉生长-气候关系的种间差异

为阐明不同树种间树木径向生长对气候变化的响应及其时间稳定性,本研究以长白山北坡高海拔处(1600～1750 m)落叶松和鱼鳞云杉为研究对象,运用年轮年代学方法探究树木径向生长与气候的关系.结果表明: 研究区落叶松生长与当年6月最高气温呈显著正相关,与当年6月降水呈负相关;鱼鳞云杉与当年5月最高温度呈显著正相关.冗余分析进一步表明,落叶松生长主要受夏季温度的影响,鱼鳞云杉生长主要受春季温度的制约.在1959—2014年,落叶松生长-夏季温度关系相对稳定;对于鱼鳞云杉,自1986年以来其与春季温度的相关性减弱,可能由于最高温度降低导致树木生长减慢.本研究结果可以为预测气候变化情景下长白山针叶树种生长的响应趋势提供数据支持和理论参考.     

黄土丘陵区小流域不同海拔刺槐径向生长对气候的响应差异

为明确黄土高原丘陵区第三副区典型流域-甘肃天水罗玉沟流域刺槐生长过程及其与气候关系随海拔变化的规律。利用树木年代学方法分别建立高、中、低3个海拔刺槐的标准年表，并分析不同海拔刺槐径向生长过程以及对气候变化的响应。研究结果表明：(1)中、低海拔刺槐径向生长与温度因素多为负相关，而高海拔刺槐径向生长与温度因素多呈正相关。高海拔刺槐生长与上一年生长季(6月)、休眠期(当年3—4月)和当年生长季(6月)均温、最低温和最高温呈显著正相关，其中受最低温影响最显著；中、低海拔刺槐与上一年生长季和当年生长季的均温、最高温和最低温呈显著负相关，低海拔受均温影响显著。(2)随海拔升高，刺槐径向生长与降水和相对湿度的正相关呈降低趋势。低海拔刺槐生长与上一年生长季(7—9月)和当年生长季(6—9月)降水、相对湿度呈显著正相关，中海拔刺槐与当年生长季(6—9月)降水、相对湿度呈显著正相关，而高海拔刺槐生长与上一年生长季(6—7月)相对湿度呈显著负相关。(3)低海拔刺槐与上一年6月—当年10月帕默尔干旱指数(PDSI)呈显著正相关；中海拔刺槐与上一年6月和当年2—10月PDSI呈显著正相关；高海拔刺槐与上一年6—...     

芦芽山阳坡不同海拔华北落叶松径向生长对气候变化的响应

为研究树木生长对气候变化的响应状况,选取芦芽山阳坡的3个海拔高度建立了华北落叶松(Larix principis-rupprechtii)的树轮宽度年表。年表的统计参数表明,3条年表均为研究气候信息的可靠资料。结果表明,芦芽山阳坡华北落叶松的径向生长和生长与气候的关系均具有海拔差异,中海拔(2440 m)和高海拔(2540 m)的华北落叶松具有相似年际生长变化,而二者均与低海拔(2330 m)华北落叶松的年际生长不同。低海拔华北落叶松的生长与4月平均气温和上一年11月降水量显著负相关,而中海拔和高海拔的生长均与上一年10月平均气温和6月降水量显著负相关。通过年表与气候因子之间的滑动相关分析发现,3个海拔高度华北落叶松生长与气候因子的关系均不稳定,生长与气温条件之间的显著相关关系是随着气温升高而出现的。气温的升高引起了华北落叶松生长与气温因子关系的海拔差异,以及径向生长的海拔差异。这一结果对于气候变化对植被垂直梯度影响的研究具有一定参考价值。     

长白山东坡不同海拔长白落叶松径向生长对气候变化的响应

为了解高山林线附近树木生长对气候变化的敏感性, 选取长白山东坡火山喷发后形成的过渡性植物群落长白落叶松(又称黄花落叶松) (Larix olgensis)林为研究对象, 并建立不同海拔高度长白落叶松的3个年轮宽度年表, 研究不同生境长白落叶松径向生长对气候变化的响应, 并利用冗余分析对不同海拔的年轮指数与气候因子的关系做进一步分析。主要结果如下: (1)高海拔年轮年表的统计特征更显著, 比低海拔径向生长对气候因子的响应更加敏感; (2)高海拔径向生长主要受上年生长季前期和生长季气温的限制, 尤其是上年6月和8月气温的限制作用, 低海拔径向生长主要与降水量有关, 受当年9月降水量和当年8月帕尔默干旱指数(PDSI)的共同影响; (3)林线内树木对气候响应的敏感性强于林线外, 林线外小生境的异质性及干扰事件频发可能掩盖了树木对气候因子的敏感性, 林线下方可能是检验林线处树木生长对气候响应平均状态的最佳位置; (4)不同海拔年轮年表与气候因子的冗余分析与响应函数分析的结果基本一致, 进一步证明了冗余分析可以有效地量化树轮指数与气候因子的关系。该研究为全球变暖背景下长白山东坡长白落叶松林的管理及该区域气候重建提供了基础数据。     

莽山不同海拔华南五针松径向生长对气候因子的响应

为了解全球升温背景下我国亚热带地区树木生长对气候变化的响应,基于树木年轮学方法,在湖南莽山建立不同海拔（1 400、1 200、1 000 m）华南五针松（Pinus kwangtungensis）标准年表,利用响应分析和单年分析研究其径向生长与气候因子的相关关系。结果表明,海拔1 400 m处华南五针松的径向生长与当年6月均温和最高温显著负相关,与当年4月的降水量呈显著正相关关系;海拔1 200 m处的径向生长与当年3月均温及上年和当年10月均温、最低温显著正相关,与当年7月的最低温显著负相关,与上年11月降水量呈显著正相关关系;海拔1 000 m处的径向生长与当年6月均温、最高温和当年1月的平均温、最低温以及上年10月的最低温显著负相关,与当年3月、上年10月和当年10月的降水呈显著正相关关系。温度和降水共同影响着该地区华南五针松的径向生长,生长季初期的温度和降水以及夏季温度是影响其生长的关键气候因子。     

玉龙雪山东坡不同海拔长苞冷杉径向生长与气候因子的关系

基于树木年代学方法,利用玉龙雪山东坡长苞冷杉树轮宽度资料,分别建立了3个海拔(低、中、高)长苞冷杉差值年表(RES),并利用响应分析与冗余分析(RDA)研究其径向生长与温度和降水的相关关系,分析影响玉龙雪山长苞冷杉径向生长的主要气候因子.结果表明: 玉龙雪山不同海拔长苞冷杉径向生长受气候变化的影响具有一致性,温度和降水共同作用于径向生长,这种一致性与玉龙雪山地形陡峭以及长苞冷杉的高海拔分布与浅根特性有关.不同海拔长苞冷杉径向生长均与当年7月和上年11月平均温以及当年1月降水量呈显著正相关,而与当年6月降水量呈显著负相关.响应分析与冗余分析的综合应用能够准确揭示环境梯度上树木生长与气候因子的关系.本研究可为该地区历史气候重建以及森林经营管理提供科学依据.     

阿尔泰山萨彦岭4种优势树种径向生长对气候因子的响应

气候变化深刻地影响森林树木的生长,而树种对气候变化敏感度的差异可能影响了气候变化下的森林生态系统响应。因此,研究优势树种间生长对气候变化的敏感度差异,对正确认识气候变化下林分生长动态及分布格局十分重要。基于树木年代学的方法,研究了阿尔泰山萨彦岭西伯利亚落叶松（Larix sibirica）、西伯利亚红松（Pinus sibirica）、西伯利亚冷杉（Abies sibirica）以及西伯利亚云杉（Picea obovata）4种优势树种的径向生长-气候关系。结果显示：（1）西伯利亚冷杉径向生长与上一年10-11月、当年1-9月的干旱指数、2-4月的降水显著正相关,与1月的平均温和最高温呈显著负相关关系,与当年4、6月份的水汽压正相关;（2）西伯利亚落叶松径向生长与上一年8月和当年8月的平均温、最高温以及当年8月的最低温显著负相关,而与当年6月的最低温则正相关,与8月份的水汽压显著负相关;（3）西伯利亚红松径向生长与3月降水、7月最低温、上一年10月的水汽压显著正相关;（4）西伯利亚云杉径向生长与6月平均温、最高温、水汽压正相关,与上一年10-11月、当年2-4月和9月的干旱指数正相关,同时与3、4月的降水量显著正相关。西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉、西伯利亚云杉和西伯利亚落叶松、西伯利亚云杉和西伯利亚红松对于特定气候因子表现出相似的响应结果,与年表间相关性的结果一致。但差异也是明显的,西伯利亚冷杉和西伯利亚云杉对区域水分变化敏感,而西伯利亚落叶松和西伯利亚红松主要对区域温度变化敏感。综上所述,气候变化下,该区域优势树种对气候变化响应的差异可能导致区域林分动态和格局的改变,因此,多树种径向生长-气候关系研究有助于正确反映森林动态。研究结果可以为区域森林管理与生态保护工作提供理论依据。     

海拔梯度上青海云杉径向生长与气候关系稳定性研究

以祁连山北坡海拔2 700m(分布下限)、3 000m(中部)和3 300m(分布上限)的青海云杉为研究对象,采用长短两种不同步长的样条函数去趋势对1952～1980年和1981～2009年两个时段青海云杉径向生长与气候的关系进行对比分析,以揭示青海云杉年轮中包含的不同频率生长趋势与气候之间的关系及其在海拔梯度上的差异,探讨海拔梯度上气候变化对树木径向生长的影响。结果显示:(1)随着海拔升高,限制青海云杉径向生长的气候因子从降水转变为温度,不同时期的限制因子也发生变化。(2)在海拔2 700m处,上一年12月份平均温度与青海云杉生长的关系发生了分异,小步长的样条函数得到的年表中保留了较多降水信号;海拔3 000m处青海云杉径向生长与上年9月份降水量、平均温度表现出显著正相关关系;海拔3 300m处青海云杉生长与当年夏季降水量呈显著正相关关系,而在后一时段相关关系不显著,与当年春季、夏季的平均温度相关关系不稳定,大步长的样条函数得到的年表中表现出温度与生长关系的分异,且不同海拔青海云杉径向生长的降水量制约趋势变得明显。研究表明,祁连山北坡青海云杉与气候的关系在海拔梯度上存在差异,其对气候变化的响应也存在差异,水分的限制作用随着温度的逐年升高逐渐突出;采用不同步长的样条函数去趋势可以在年表中保留不同的气候信息,从而对分异现象分析结果产生影响,选择合理步长的样条函数进行去趋势才能得到合理准确的分析结果。     

Variability of climate–growth relationships along an elevation gradient in the Changbai Mountain, northeastern China

In order to explore climate–growth relationships at different elevations, tree-ring width chronologies of larch (Larix olgensis) were developed from three sampling sites on the northern slope of the Changbai Mountain, northeastern China. There were no consistent trends in statistical characteristics of the tree-ring chronologies along the elevation gradient, since trees in the forest interior had a complacent growth pattern. Monthly mean temperature and monthly total precipitation were used for the analysis. Correlation analysis indicated that temperatures in winter had negative correlations with tree growth (previous November, December and current March for the low-, mid- and high-elevation sites, respectively). The correlations between tree growth and June temperature varied from weakly negative at low elevations to significantly positive at high elevations. Precipitation in June of the growth year had negative relationship with the high-elevation chronology. However, high precipitation was associated with low temperature in early growing season, further supporting that temperature is a growth-limiting factor at high elevations. Our results suggest that along the elevation gradient, L. olgensis may respond in different ways to local climate change.     

长白山北坡不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应

树木径向生长受复杂环境的影响。为预测气候变化背景下未来红松(Pinus koraiensis)径向生长动态变化,在长白山北坡采集3个海拔梯度(745、1134、1280 m)红松树轮样芯,运用树木年轮学研究方法,分析不同海拔红松径向生长-气候因子关系对气温突变的响应差异。结果表明:(1)通过对采样点附近气象站气温数据的M-K检验发现,年均温在1987年发生显著突变;(2)低海拔红松径向生长主要受当年生长季6—7月降水的影响,中、高海拔红松径向生长主要受当年7月平均最低气温的影响;(3)气温突变以后,低海拔红松径向生长-气候因子关系较为稳定,中海拔红松径向生长对前一年11月降水量的响应关系发生显著改变,高海拔红松径向生长对当年5月降水量的响应关系发生显著改变。因此,气温突变背景下,低海拔红松树轮年表更适用于区域气候重建等研究。同时随着气温持续升高,低海拔红松径向生长可能呈现下降趋势,中、高海拔红松径向生长可能呈现先增加后下降的趋势。     

Temperature reconstruction in the Ob River valley based on ring widths of three coniferous tree species

Tree core samples of larch (Larix sibirica Ledeb.), spruce (Picea obovata Ledeb.) and pine (Pinus sibirica Du-Tour.) from the northern taiga of West Siberia were collected to assess their potential for summer temperature reconstructions in the Ob River region. Bootstrapped response functions showed that annual growth was mainly influenced by May to June temperatures in pine and by June to July temperatures in spruce and larch. Spruce and pine chronologies showed high positive correlations with previous October temperature. June–July temperatures were reconstructed based on spruce (1795–1996) and larch (1615–1999) tree ring chronologies. The pine chronology could not be used for a reliable temperature reconstruction, due to low values of explained May–June temperature variance (11–15%) but the species has a high potential to help clarify the May–June and October climatic influence on ring width observed in all three species. We explained the effect of the early vegetation period (May–July) and the differences in the temperature signals between spruce and larch tree ring chronologies with the influence of previous September and October temperature on tree growth with the warming effect of the Ob River and differences of the species’ photosynthetic possibilities and the activity of chloroplasts and bud meristem tissues.     

不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔雪岭云杉树轮宽度年表对气候的响应

利用新疆东天山高低海拔雪岭云杉(Picea schrenkiana Fisch.et Mey.)年轮样本,采用样条函数法、负指数函数法和区域曲线法3种去趋势方法研制树轮宽度标准化年表,通过分析不同去趋势方法的新疆东天山高低海拔云杉树轮宽度标准化年表特征、年表与气候响应的关系和年表间在不同频域互相关,及其与其它资料对比发现:(1)3种去趋势法对东天山年表质量影响较小,低海拔树轮年表含有更多可靠的气候变化信息。(2)高海拔的雪岭云杉树木径向生长与6—9月平均气温均呈显著正相关,其中标准化树轮年表与7月平均气温相关系数达0.553(P0.01,n=58),夏季温度可能是东天山高海拔雪岭云杉径向生长的主要限制因子;低海拔雪岭云杉树木径向生长与春季降水显著正相关,同时与春季平均气温显著负相关,春季高温和缺水共同作用的春旱可能是影响低海拔雪岭云杉径向生长的主导因子,且负指数函数年表对气候响应更敏感。(3)区域曲线法能够保留树轮标准化年表中更多低频信息,但优势不明显。高低海拔标准化年表在低频域相关系数较大,并和历史干旱事件有很好的对应。在东天山高低海拔雪岭云杉的去趋势方法研究中,负指数函数法比样条函数法和区域曲线法更适合。     

大兴安岭林区南、北部天然樟子松生长对气候变化的响应差异

利用树木年代学方法,建立大兴安岭林区南、北部樟子松(Pinus sylvestris var.mongolica)年轮宽度年表,探讨樟子松径向生长对气候变化的响应差异。结果表明,南部(阿尔山、海拉尔)树轮宽度主要与当年4—9月的平均标准化降水蒸散指数SPEI(Standardized Precipitation Evapotranspiration Index)极显著正相关(r=0.639,P0.01),而北部(漠河、塔河)树轮宽度主要与同时期的平均最低温极显著正相关(r=0.488,P0.01)。说明南部樟子松径向生长主要受当年4—9月的水分限制,北部主要受同期平均最低温调控。两个地区树木生长对降水的响应一致,对当年4—9月(6月除外)的温度响应相反。近几十年来随着温度显著升高(P0.01),南部树木生长对4—9月平均最高温的负响应不断增强,而北部树木对同时段平均最低温的正响应更加明显。同时,南部樟子松生长量快速下降(r=0.612,P0.001),而北部生长量显著增加(r=0.474,P0.001)。研究发现,高温加剧干旱胁迫是南部樟子松生长量下降的主要原因,而北部樟子松生长量增加是受到4—9月平均最低温和降水量的相互作用。如果持续变暖,未来樟子松分布区可能北移。     

树木年轮揭示的东灵山主要树种间干旱耐受性差异

近年来北京地区的森林随极端干旱加剧表现出脆弱性特征,为了解气候变化下不同树种的干旱耐受性,选择北京东灵山森林内3个乔木树种(华北落叶松、油松和辽东栎),利用树木年轮生态学方法分析了径向生长与气候的关系,以及对极端干旱事件的抵抗力和弹性。结果表明: 华北落叶松和油松与5—6月气温呈显著负相关,辽东栎与5月气温呈显著负相关;华北落叶松与6月降水量、5—6月和8—9月相对湿度呈显著正相关,油松与6—8月降水量和相对湿度呈显著正相关,辽东栎与2月和5月降水量、5月相对湿度呈显著正相关;所有树种均与当年5—7月标准化降水蒸散指数(SPEI)呈显著正相关。华北落叶松是干旱耐受性最弱的树种,径向生长在所选极端干旱事件中(1994年、2001—2002年和2007年)下降幅度最大(46.6%～69.6%),抵抗力(0.534、0.304、0.530)和弹性(0.686、0.570、0.753)显著低于辽东栎和油松,辽东栎在2007年抵抗力显著高于油松,弹性无显著差异。生长季持续的高温或降水减少引起的极端干旱是树木径向生长下降的主要原因,树种间各异的生理生态策略是干旱耐受性差异的可能原因。研究结果可为未来造林树种选择和森林管护措施制定提供新依据,以在气候压力持续增加背景下维持森林生态系统功能和服务。     

庐山不同海拔日本柳杉年轮宽度对气候因子的响应

以庐山自然保护区3个不同海拔样地采集的138根日本柳杉样芯为研究材料,利用树木年轮学方法分析其径向生长与季节和月气候因子的响应关系。结果表明:低海拔处日本柳杉径向生长对气候因子的响应相比于中、高海拔更敏感;中、低海拔径向生长与春季相对湿度呈显著正相关(P<0.05),低海拔径向生长与春季日照时数、夏季均温呈显著负相关(P<0.05),而中海拔径向生长与夏、秋季均温呈显著负相关(P<0.05);高海拔径向生长与各个季节气候因子表现出一定的相关性,但相关性不显著;3个海拔径向生长均与当年1月均温呈显著正相关(P<0.05),中、低海拔径向生长与上年7月及当年7月均温呈显著负相关(P<0.05),高温会抑制树木的生长,低海拔径向生长与当年4月空气相对湿度、降水量呈显著正相关(P<0.05),与当年4月日照时数呈显著负相关(P<0.05),随海拔的升高相关性降低;庐山日本柳杉径向生长与主要气候要素之间的相关性呈现出明显的季节性,日本柳杉径向生长主要受上年7及7月均温和4月空气相对湿度的影响,海拔是影响日本柳杉径向生长对气候因子响应的重要因素,最终建立的标准年轮宽度年表适合进行树木年轮气候学的研究。